基于人工神经网络的MATLAB手写数字识别系统

秒速五厘米 2022-09-09 02:07 269阅读 0赞

**基于人工神经网络的MATLAB手写数字识别系统**

1.  **课题介绍**

该课题带GUI界面，可以实现鼠标手写数字的识别，也可以输入带有数字的图片。通过预处理，去除干扰杂志，提取手写数字，利用神经网络进行识别，将结果显示到GUI界面上。并且具备语音播报功能！

**二、GUI界面实现**

![v2-3809307d4cb64dc4a3e669185fd5380f\_b.jpg][v2-3809307d4cb64dc4a3e669185fd5380f_b.jpg]

界面介绍：

保存：可将手写数字图像保存为im.jpg文件。

训练：用于有导师训练神经网络，用户使用鼠标写好数字，点击训练，弹出输入框框，输入相应正确数字。

识别：对界面上的手写数字进行识别，结果显示在左边白色方框。

清除：可清除界面上数字，重新书写。

字号、颜色选择下拉框可选择手写数字字号与颜色。

![v2-55f1d1e1143ee04965160eabe1a9fa44\_b.jpg][v2-55f1d1e1143ee04965160eabe1a9fa44_b.jpg]

控制训练精度和学习速率。具体参照bp神经网络。

**三、代码实现**

**1、函数MouseDraw实现手写识别系统GUI界面的建立和鼠标手写的实现。**

function MouseDraw(action)
    % MouseDraw 本例展示如何以Handle Graphics来设定滑鼠事件
    % (MouseDraw Events)的反应指令(Callbacks)
    % 本程序在鼠标移动非常快时，不会造成画“断线”
    % global不能传矩阵 
    global InitialX InitialY FigHandle hb2 hb3 hb4 count hb5 hb6 hb7
    count='E:\im.jpg';
    imSize = 50; 
     
    if nargin == 0, action = 'start'; 
    end
    switch(action) 
    %%开启图形视窗 
    case 'start', 
    FigHandle = figure('WindowButtonDownFcn','MouseDraw down','DeleteFcn','save bpnet');
    axis([1 imSize 1 imSize]); % 设定图轴范围% 
    set(gca,'Position',[.25 .20 .7 .7]);
    axis off; 
    grid off; 
    box on; % 将图轴加上图框 
    title('手写体输入窗');
    try evalin('base','load bpnet')
    catch
        evalin('base','bpgdtrain');
    end
    % % fprintf('start'); 
    %%设定滑鼠按钮被按下时的反应指令为「MouseDraw down」 
    % set(gcf, 'WindowButtonDownFcn', 'MouseDraw down');  
    hb1 = uicontrol('Parent', FigHandle, 'Units', 'Normalized', ...
        'Position', [.3 .01 .13 .07], 'String', '保存', ...
        'Callback',['exa=rgb2gray(frame2im(getframe(gca)));','imwrite(exa,''E:\im.jpg'')']);
    hb2=uicontrol('Parent',FigHandle,'Style','popupmenu','Position',[50 50 50 30],...
        'String', {'26','24', '22', '20', '18', '16','14','12','10'});
    hb3=uicontrol('Parent', FigHandle,'Style','text',...
    'Position',[10 90 90 30],'String',[ 'CurrentX() ','CurrentY()']);
    hb4=uicontrol('Parent',FigHandle,'Style','popupmenu','Position',[50 20 50 30],...
        'String',{'Red','Blue','Black','Yellow','Green'});
     
    uicontrol('Parent',FigHandle,'Position',[270 6 70 30],'String','训练','Callback',...
        ['exa=rgb2gray(frame2im(getframe(gca)));','sample=reshape(recgnition(exa),25,1);','clc;',...
        't=inputdlg(''数字类别'',''样品训练'');','t=str2num(t{1,1})/10;',...
        'bpnet.trainParam.lr=str2num(get(hb6,''String''));','bpnet.trainParam.goal=str2num(get(hb7,''String''));',...
        '[bpnet]=train(bpnet,sample,t);','save bpnet']);
     
    uicontrol('Parent',FigHandle,'Position',[360 6 70 30],'String','识别','Callback',...
        ['exa=rgb2gray(frame2im(getframe(gca)));','sample=reshape(recgnition(exa),25,1);',...
        'record=round(sim(bpnet,sample)*10);','clc;','set(hb5,''String'',num2str(record),''fontSize'',48);']);
     
    uicontrol('Parent',FigHandle,'Style','text','Position',[10 60 30 20],'String','字号');
    uicontrol('Parent',FigHandle,'Style','text','Position',[10 30 30 20],'String','颜色');
    hb5=uicontrol('Parent',FigHandle,'Style','text','Position',[10 150 90 90]);
    uicontrol('Parent',FigHandle,'Style','text','Position',[5 260 50 20],'String','学习速率');
    hb6=uicontrol('Parent',FigHandle,'Style','Edit','Position',[60 260 30 20],'String','0.01');
     
    uicontrol('Parent',FigHandle,'Style','text','Position',[5 290 50 20],'String','训练精度');
    hb7=uicontrol('Parent',FigHandle,'Style','Edit','Position',[60 290 30 20],'String','0.005');
     
    uicontrol('Parent',FigHandle,'Style','pushbutton','Position',[450 6 70 30],'String','清除','Callback','cla');
     
    %将函数变量导入到工作空间；
    assignin('base','hb5',hb5);
    assignin('base','hb6',hb6);
    assignin('base','hb7',hb7);
    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
     
    dlmwrite('IXT.txt', -10, 'delimiter', '\t', 'precision', 6); 
    dlmwrite('IYT.txt', -10, 'delimiter', '\t', 'precision', 6); %%滑鼠按钮被按下时的反应指令 
    case 'down', 
        if strcmp(get(FigHandle, 'SelectionType'), 'normal') %如果是左键 
            set(FigHandle,'pointer','hand');  
            CurPiont = get(gca, 'CurrentPoint'); 
            InitialX = CurPiont(1,1); 
            InitialY = CurPiont(1,2); 
            dlmwrite('IXT.txt', InitialX, '-append', 'delimiter', '\t', 'precision', 6); 
            dlmwrite('IYT.txt', InitialY, '-append', 'delimiter', '\t', 'precision', 6); 
    % 列印「MouseDraw down!」讯息
    % % fprintf('MouseDraw down!\n'); 
    % 设定滑鼠移动时的反应指令为「MouseDraw move」 
            set(gcf, 'WindowButtonMotionFcn', 'MouseDraw move'); 
            set(gcf, 'WindowButtonUpFcn', 'MouseDraw up'); 
        elseif strcmp(get(FigHandle, 'SelectionType'), 'alt') % 如果是右键 
            set(FigHandle, 'Pointer', 'arrow'); 
            set( FigHandle, 'WindowButtonMotionFcn', '') 
            set(FigHandle, 'WindowButtonUpFcn', '') 
            fprintf('MouseDraw right button down!\n'); 
            ImageX = importdata('IXT.txt'); 
            ImageY = importdata('IYT.txt'); 
            InputImage = ones(imSize); 
            roundX = round(ImageX); 
            roundY = round(ImageY); 
            for k = 1:size(ImageX,1) 
                if 0<roundX(k) && roundX(k)<imSize && 0<roundY(k) && roundY(k)<imSize 
                    InputImage(roundX(k)-1:roundX(k)+2, roundY(k)-1:roundY(k)+2) = 0; 
                end
            end
            InputImage = imrotate(InputImage,90); % 图像旋转90 
            figure(2); 
            imshow(InputImage); 
        end
        %%滑鼠移动时的反应指令 
        case 'move', 
            CurPiont = get(gca, 'CurrentPoint'); 
            X = CurPiont(1,1); 
            Y = CurPiont(1,2);
            set(hb3,'String',['CurrentX(',num2str(X),')','CurrentY(',num2str(Y),')']);
            % 当鼠标移动较快时，不会出现离散点。 
            % 利用y=kx+b直线方程实现。 
            x_gap = 0.1; 
            % 定义x方向增量 
            y_gap = 0.1; 
            % 定义y方向增量 
            if X > InitialX 
                step_x = x_gap; 
            else
                step_x = -x_gap;
            end
            if Y > InitialY 
                step_y = y_gap; 
            else
                step_y = -y_gap;
            end
            % 定义x,y的变化范围和步长 
            if abs(X-InitialX) < 0.01 % 线平行于y轴，即斜率不存在时 
                iy = InitialY:step_y:Y; 
                ix = X.*ones(1,size(iy,2)); 
            else
                ix = InitialX:step_x:X ; 
                % 定义x的变化范围和步长 % 当斜率存在，即k = (Y-InitialY)/(X-InitialX) ~= 0 
                iy = (Y-InitialY)/(X-InitialX).*(ix-InitialX)+InitialY;  
            end
            ImageX = [ix, X];  
            ImageY = cat(2, iy, Y);
            popup_index1=26-(get(hb2,'Value')-1)*2;
            popup_index2=get(hb4,'Value');
            switch(popup_index2)
                case 1
                    line(ImageX,ImageY, 'marker', '.', 'markerSize',popup_index1, ... 
                    'LineStyle', '-', 'LineWidth', 4, 'Color', 'Red'); 
                case 2
                    line(ImageX,ImageY, 'marker', '.', 'markerSize',popup_index1, ... 
                    'LineStyle', '-', 'LineWidth', 4, 'Color', 'Blue');
                case 3
                    line(ImageX,ImageY, 'marker', '.', 'markerSize',popup_index1, ... 
                    'LineStyle', '-', 'LineWidth', 4, 'Color', 'Black');
                case 4
                    line(ImageX,ImageY, 'marker', '.', 'markerSize',popup_index1, ... 
                    'LineStyle', '-', 'LineWidth', 4, 'Color', 'Yellow');
                case 5
                    line(ImageX,ImageY, 'marker', '.', 'markerSize',popup_index1, ... 
                    'LineStyle', '-', 'LineWidth', 4, 'Color', 'Green');
            end
            dlmwrite('IXT.txt', ImageX, '-append', 'delimiter', '\t', 'precision', 6); 
            dlmwrite('IYT.txt', ImageY, '-append', 'delimiter', '\t', 'precision', 6); 
            InitialX = X; %记住当前点坐标 
            InitialY = Y; %记住当前点坐标 
            % 列印「MouseDraw is moving!」及滑鼠现在位置 
            % fprintf('MouseDraw is moving! Current location = (%g, %g)\n', ... 
            % CurPiont(1,1), CurPiont(1,2));
            % % fprintf('MouseDraw move!\n'); 
            % 设定滑鼠按钮被释放时的反应指令为「MouseDraw up」 
            set(gcf, 'WindowButtonUpFcn', 'MouseDraw up'); 
            %%滑鼠按钮被释放时的反应指令 
        case 'up', 
            % 清除滑鼠移动时的反应指令 
            set(gcf, 'WindowButtonMotionFcn', ''); 
            % 清除滑鼠按钮被释放时的反应指令 
            set(gcf, 'WindowButtonUpFcn', ''); 
            % 列印「MouseDraw up!」
            % % fprintf('MouseDraw up!\n'); 
    end
     
    end
    
    2、实现手写数字图像特征的提取
    function sample=recgnition(exa)
    [i,j]=find(exa~=204);
    imin=min(i);
    imax=max(i);
    jmin=min(j);
    jmax=max(j);
    a=exa(imin:imax,jmin:jmax);
    M=imax-imin+1;
    N=jmax-jmin+1;
    for m=1:5
        for n=1:5
        exa_c{m,n}=a(1+(m-1)*M/5:m*M/5,1+(n-1)*N/5:n*N/5);
        sample(1,(m-1)*5+n)=size(find(exa_c{m,n}~=204),1)/(M*N/25);
        %subplot(5,5,(m-1)*5+n),subimage(exa_c{m,n});
        end
    end 
    3、建立bp神经网络
    x=ones(25,2);
    x(:,1)=0;
    bpnet=newff(x,[50,1],{'logsig','logsig'},'traingd');
    bpnet.trainParam.show=5;%显示训练迭代过程（每隔5次训练，显示一次训练进程）
    bpnet.trainParam.lr=0.01;%学习速率
    bpnet.trainParam.epochs=2000;%最大训练次数
    bpnet.trainParam.goal=0.005;%训练要求精度（0.005）

[v2-3809307d4cb64dc4a3e669185fd5380f_b.jpg]: /images/20220829/281e8eb3fe3d4f0398dde8805b7e9029.png
[v2-55f1d1e1143ee04965160eabe1a9fa44_b.jpg]: /images/20220829/f8e90fe76c7641c38f37c526458b79c6.png

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